PSA尾气在线氧分析仪技术改造方案.doc

1、 技术改造方案 委托单位： 委托项目：PSA尾气在线氧分析仪 项目编号： 委托时间：2012年4月二0一二年六月项目名称：PSA尾气在线氧分析仪项目建设单位：建设单位法人代表：编制单位：单位负责人：单位技术负责人：项目负责人：项目技术负责人：项目经济负责人：编制人员名单：主 编： 仪 表： 概 预 算： 目 录1概述11.1设计依据12.1客户要求12技术概述22.1磁氧式分析仪技术原理22.2在线磁氧式分析仪应用范围33改造方案43.1工艺流程43.2方案选择53.3电缆敷设74公用工程及辅助设施84.1分析柜的电气设备和仪表供电84.2对分析柜的照明84.3对样品排放的基本要求84.4分析

2、仪的遮蔽物85仪器的误差分析105.1气样温度变化引起的误差105.2样气压力变化引起的误差105.3样气流量变化引起的误差115.4背景气体成分的变化115.5标准气组成引起的误差115.6安装不合适对指示的影响126仪器的调节与维护136.1仪器的调节136.2仪器的维护137风险评估147.1泄漏147.2污染147.3管道材质的选择147.4气路系统的简化及洁净148结论和建议168.1结论168.2建议16附表一：总估算表word文档 可自由复制编辑1概述1.1设计依据1HHYY设计委托“PSA尾气在线氧分析仪”方案设计。2HY提供的相关基础设计资料和现场调研。2.1客户介绍HY为了

3、分析样聚乙烯装置PSA尾气中的氧含量，必须进行自动检测，取得间隙数据和不间断数据，给工艺提供实时可靠地分析。优化工艺生产，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，提高经济效益，确保安全生产和保护环境的目的。需增加一套磁氧分析仪及相关配套设施设计，来解决这一问题。客户要求如下：1.新增一套在线磁氧分析仪及相关预处理系统（分析柜，带防雨棚），并配套安装。2.在DCS系统增加氧分析数据组态显示，并进行供电电缆及信号电缆的铺设。3.在泵的出入口增加采样点。4.现场仪表及预处理系统水、电、风、气配套。2技术概述2.1磁氧式分析仪技术原理磁氧式分析仪是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高

4、的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。任何物质，在外界磁场的作用下，都会被磁化，呈现出一定的磁特性。物质在外磁场中被磁化，其本身会产生一个附加磁场，附加磁场与外磁场方向相同，该物质被吸引，表现为顺磁性；方向相反，该物质被排斥，表现为逆磁性。气体介质处于磁场也会被磁化，而且根据气体的不同也分别表现出顺磁性或逆磁性。如O2、NO、NO2等是顺磁性气体，H2、N2、CO2、CH4等是逆磁性气体。体积磁化率任何物质，在外界磁场的作用下，都会被磁化，不同物质受磁化的程度不同，可以用磁化强度M来表示： MkH； 式中 M磁化强度； H外磁场强度； k物质的体积磁化率；k的物理意义是指在单位

5、磁场作用下，单位体积的物质的磁化强度。磁化率为正(k0)称为顺磁性物质，它们在外磁场中被吸引；k0则称为逆磁性物质，它在外磁场中被排斥；k值愈大，则受吸引和排斥的力愈大。常见气体的体积磁化率(0)气体名称化学符号体积磁化率k10-6（C.G.S.M.）备注氧O2+146一氧化碳NO+53空气-+30.8二氧化碳NO2+9氧化亚氮N2O+3乙烯C2H4+3乙炔C2H6+1甲烷CH4-1从上表可以看出，氧是顺磁性物质，其体积磁化率要比其他气体的体积磁化率大的多。磁式氧分析仪：根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。2.2在线磁氧式

6、分析仪应用范围在线磁氧式分析仪是一种工业在线过程分析仪表，它不仅广泛应用于加热炉、化学反应容器、地井、工业制氮等场合中混合气体内氧气浓度的检测，还大量用于锅炉内水中溶解氧、污水处理装置外排水溶解氧的检测。3改造方案3.1工艺流程取样装置从生产设备中自动快速地提取待分析的样品，前级预处理装置对该样品进行初步冷却、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，预处理装置对该样品进行进一步冷却、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，还实现流路切换、样品分配等功能，为分析仪表提供符合技术要求的样品。公用系统为整个系统提供蒸汽、冷却水、仪表空气电源等。样品经分析仪表分析处理后得到代表样品信息的电信号通过电缆远传到D

7、CS。基本组成图如下图3.1-1所示：取样及前级预处理装置预处理装置分析仪表本体上位机 （DCS）公用系统（包括：仪表空气、蒸汽、冷却水、电源等样品管线仪表空气、蒸汽、冷却水、管线电源、信号线虚线框内为分析柜或专门保护装置样品来自工艺管线在线磁氧分析仪表（一般安装在分析柜或专门的保护装置中）和样品预处理装置（一般安装在取样点附近）共同组成一个在线测量系统，以保证良好的环境适应性和高可靠性。word文档 可自由复制编辑3.2方案选择3.2.1样气组分见下表3.2-1采样点丙烷（体积分数)/%丙稀（体积分数)/%氮气（体积分数)/%反丁烯/%甲烷（体积分数)/%氢气（体积分数)/%顺丁烯/%异戊烷

8、/%正戊烷/%氧气（体积分数)/%乙烷（体积分数)/%乙烯（体积分数)/%异丁烷/%异丁烯/%正丁烷/%正丁烯/%AS-10150.010.014.920.230.670.160.125.550.020.1013.1857.190.011.070.9215.3A-10150.010.015.830.250.630.170.125.820.020.1013.1556.150.011.150.9716.17A-10150.010.018.140.241.320.140.124.970.030.1011.7354.980.011.030.7914.70A-10150.010.0111.60.221.

9、300.140.114.440.030.1012.3753.500.010.970.7613.75A-10150.010.010.950.370.260.220.195.000.040.1012.1051.950.681.610.0122.86A-10150.010.012.190.310.490.210.165.540.040.1012.2654.260.581.310.0118.40A-10150.010.014.470.240.760.160.133.830.0312.3656.490.461.000.0114.49A-10150.010.014.720.280.470.160.154.

10、110.0413.1353.370.541.150.0117.16A-10150.010.015.760.250.830.160.143.820.0413.554.060.461.000.0115.05样气流量：172.44nm3/h，压力：0.32MPa，温度50。根据以上数据及现场调研，我们选择的型号：siemens/7MB2011-1AA00-7BA1。此分析仪价格合理，性能优越，并参考在广州分公司化工二部苯乙烯装置的应用。3.2.2主要材料磁氧分析仪1套（带分析柜和防雨棚)信号电缆ZR-DJYPV22-21.5mm2长300m电源电缆ZR-KVV22RP-31.5mm2长300m3.2

11、.3采样点选择采样点选择在如下图3.3-1正中间的管道上：3.2.4安装位置仪器拟安装在压缩机西边的空地，见下图3.3-1：3.3电缆敷设3.3.1仪表电缆本项目仪表电缆通过管廊把现场磁氧分析仪测得的数据输送到聚乙烯中心控制室。3.3.2电源电缆本项目电源电缆从聚乙烯中心控制室通过管廊引到现场。4公用工程及辅助设施4.1分析柜的电气设备和仪表供电1.分析柜的照明、维修插座等公用设备由聚乙烯中心控制室引来电源供电；2.分析仪及其附属设备，如样品系统中的电动部件，由聚乙烯中心控制室仪表电源供电；3.安全检测报警和联锁系统由UPS电源供电；4.高压交流电机组和电伴热系统耗电量高，应单独配电，不应和其

12、他设备混在一起配电，以免相互干扰。4.2对分析柜的照明1.分析柜内应有足够照度，以利于操作和维修。必要时配备事故照明，可采用带逆变器和蓄电池的照明灯具，停电备用时间不少于30min，照明设备应适用于危险场所。照明开关应安装在分析柜外主门旁，采用防爆电源开关。2.为了便于夜间维护操作，分析柜外部的样品处理箱和气瓶护拦也应提供照明，并配备照明开关。4.3对样品排放的基本要求基本要求是不应对环境带来危险和造成污染。4.4分析仪的遮蔽物在线分析仪安装在露天，因而需要不同程度的气候和环境防护，以确保仪表的使用性能并利于维护。在线分析仪的遮蔽物选择设计防雨棚来进行一定保护。分析仪外壳是分析仪的构成部分之一

13、，可直接露天安装，其气候和环境防护完全由外壳承担。这种安装的优点是外壳周围自然通风，不存在爆炸性气体积聚的危险，而且安装费用最低，其缺点是仪表和维护人员没有气候的防护，仪表易受腐蚀性气氛侵袭，其使用寿命可能比安装在箱柜、掩体和柜时短，因为仪表需要加热或打开维修时，所以这种方式是比适宜的。5仪器的误差分析磁氧式分析仪在使用过程中，会因为使用环境、操作人员、操作程序不同而产生的测量误差，以下为可能出现的误差及解决办法。5.1气样温度变化引起的误差由理论推断出的公式可知，顺磁式氧分析仪的示值与样气温度的平方成反比，但在实际运用中，温度变化造成的影响比理论推导出的结论要严重的多。对磁氧机械式分析仪而言

14、，短时间偏差也能达到0.02%0.05%，随着时间延长和温度升高，其温漂现象会更加严重。所以，温度变化是测量中产生误差的重要原因。在顺磁氧分析仪中采用了恒温措施，设置了温控系统，恒温一般在60左右，温控精度在0.1以内。5.2样气压力变化引起的误差理论推断出的公式可知，顺磁性气体的磁化率与压力成正比，而与热力学温度的平方成反比。由于样气测量后，直接放空，大气压力或放空背压的变化都会使检测器中的样气压力发生变化，从而影响到输出数值。大气压力的变化，一是指季节或气候变化导致的气压变化，在同一地点，这种变化通常是很微弱的，对测量误差的影响一般可忽略不计，但在精密测量中仍需要考虑其影响；二是指仪器安装

15、地点的海拔高度不同带来的测量误差。如：大气压力由101.3kPa（760mmHg）变化到99.7kPa（740mmHg）时，仪器的示值降低2.63%。要消除这种误差，只需在仪器投用前，对仪器重新校准，就可解决此误差问题。放空背压的变化，通常发生在分析后样气管堵和多台仪器共用一根放空管线的气堵而造成的变化，若频繁发生气堵现象，可通过加装背压调节阀或其它稳压措施来解决。为了克服上述因素引起的测量误差，磁氧分析仪中带有压力补偿措施。5.3样气流量变化引起的误差样气流量变化引起的误差较大，当流量波动10%时，示值误差可达1%5%。为了减少这种影响，对于磁氧分析仪来说，若样气密度和空气相差较大时，需要重

16、新寻找最佳流速，既可以使响应达到最大，又可以使流速在一定范围内变化时，对输出无影响。5.4背景气体成分的变化样品预处理系统的任务是将样气中对检测器有害的组分（如水分、腐蚀性气体等）以及干扰测量的组分除掉。如果这些除掉的组分含量较高，势必会引起样品组成发生变化，氧含量亦随之变化，从而造成测量误差。这种情况对氧分析仪的测量，尤其是低量程测量影响十分严重。因此，要充分考虑其影响程度，采取措施尽量加以避免或对仪器示值进行修正。5.5标准气组成引起的误差当标准气中的非氧组分与被测样品气的背景组分相一致时，可使测量误差减至最小。但这样的标准气来源困难，一般均采用来源方便的N2用零点气，并以N2为本底配置量

17、程气。当被测样气背景组分的体积磁化率与N2的体积磁化率有较大差异时，这样校准的分析仪零点和量程必然存在误差。对磁氧机械式分析仪来说，其零点的微小变化都会给测量带来较大的误差。所以，针对这种情况须采用零点迁移方法进行修正。5.6安装不合适对指示的影响安装时主要是发送器必须处于水平位置，所以在发送器设置一个水平仪，以校准工作室的水平。安装不水平会引起较大的测量误差，并影响仪器的测量精度。其原因是，工作室稍有倾斜后，改变了分析室中自然对流的相互关系。6仪器的调节与维护6.1仪器的调节磁氧分析器的安装调试注意事项：磁氧分析仪应注意清除干扰组分，安装处特别注意防震动，防电磁干扰，通常检测器要安装在防震装

18、置上。6.2仪器的维护磁氧分析器的维护注意事项：1.注意各种磁氧分析器对温度的影响，仪器装有恒温控制装置，应检查仪器的温控是否正常工作；2.应检查进入仪器的样气压力、流量是否正常，气样的压力、流量的变化对氧的体积磁化率都有影响，会影响测量结果的准确性。气样的压力、流量的变化会引起附加误差；3.注意仪器的零点和量程调整，仪器在调整前必须进行预热准备，在仪器指示稳定后，再进行调整。7风险评估在进行氧含量分析时，由于空气中氧含量高达21O2，故而如果处理不当极易造成对样品的污染和干扰，出现分析结果数据不正确。其主要原因是仪器操作不当造成。以下仅谈几点影响测定的因素。7.1泄漏氧分析仪在初次启用前必须

19、严格检漏。仪器只有在严密不漏的前提下才能获得准确的数据。任何连接点，焊点，阀门等处的不严密，将会导致空气中的氧反渗进入管道及仪器内部，从而得出含氧量偏高的结果。7.2污染在重新使用仪器时，首先须注意在连接取样管路时是否漏入空气。并且必须认真将漏入的空气吹除干净，尽量不使大量氧气通过传感器以延长传感器寿命。在管道系统净化过程中，为缩短净化时间，需要有一定的方法，一般使用高压放气及小流量吹除交替进行可迅速净化管道。7.3管道材质的选择管道材质及表面粗糙度也将影响样气中氧含量的变化。一般不宜用塑料管，橡胶管等作为连接管路。通常选用铜管或不锈钢管。7.4气路系统的简化及洁净分析要求必须有效排除气路上的

20、各种管件、阀门，表头等中的死角对样气造成的污染。因此，应尽可能简化气路系统，选用死角小的连接件等。并且，避免使用水封，油封及腊封等设备，防止溶解氧逸出造成污染，更需避免在样气引出至仪器进口的管线上增加易造成污染的净化设备等。只有这样才能保证系统洁净，所得数据准确。8结论和建议8.1结论1.该项目符合国家产业政策、产业结构调整所需求的新工艺、新技术、新设备；2.项目符合地区产业升级要求，对行业有积极引导作用；3.项目符合国家技术设备改造升级、节能环保要求，促进节能减排有效落实：4.项目所购设备有较好的延续性及改造、升级空间。5.项目的实施有利于工艺生产技术优化与推广应用，为同行树立榜样，符合当前

21、国家政策。其良好的经济效益及工业实践效果不仅在公司内部获得收益，而且可以作为同行企业技术改造升级的良好示范，可以间接促进循环经济事业的发展。综上所述：本项目采用成熟可靠地“在线磁氧分析仪系统”，其投资少、运行费用低，操作灵活、安全，环境污染小且可以优化工艺生产，具有巨大的间接经济效益。本项目响应国家节能、减排号召，对促进企业和谐发展具有重要意义。8.2建议本项目采用成熟可靠地“在线磁氧分析仪系统”，其投资少、运行费用低，操作灵活、安全，环境污染小，无须依托国外技术，具有明显的环保、经济效益。在HY聚乙烯装置，其公用工程及附属设施能满足本项目要求，且对装置的正常生产不产生影响。建议尽早实施，以提

22、高HY整体经济效益，同时优化工艺生产，达到节能、减排的目的。总估算表：中国石油化工股份有限公司广州分公司编制设计编号G12093A检验中心四室校对WBS元素PSA尾气增加在线氧分析仪审核日期2012.06项目审核序号设备、材料或费用名称规格型号单位数量单价（元）合价（元）投资设备购置费主要材料费安装费设备购置费主要材料费安装费合计（元）总投资457931 一工程费350000430812964367272 1磁氧分析仪（带分析柜和防雨棚；）siemens/7MB2011-1AA00-7BA1台13500003808350000038083538082仪表信号电缆ZR-DJYPV22-1*2*1

23、.5MM2100米3741117002223351057333仪表电力电缆ZR-KVV22rp-1*3*1.5MM21000米0.36949882102084.72646.347314DCS组态及调试项1200000200020005接地及其它零星费用项110000010001000二固定资产其他费64738 1工程建设管理费中国石化建2009103号文工程费*0.0449*0.75123682临时设施费中国石化建200881号文工程费0.25%9183方案编制费计价格19991283号80004工程设计费 国家计委、建设部计价格200210号25995 5基本设计费工程费*1.2*1.25*0.85*0.051424069 6竣工图编制费基本设计费*0.0819267工程建设监理费发改价格2007670号工程费4.36%16013 8设备采购技术服务费基本设计费*0.061444 三预备费25921 1基本预备费中国石化建200881号文固定资产费用0.0625921 四建设期贷款利息